Incisione selettiva del nitruro di silicio su ossido di silicio utilizzando plasma remoto ClF3/H2

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 5703 (2022) Citare questo articolo

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La rimozione precisa e selettiva del nitruro di silicio (SiNx) rispetto all'ossido di silicio (SiOy) in uno stack di ossido/nitruro è fondamentale per l'attuale processo di fabbricazione di memorie flash di tipo NOT-AND tridimensionale. In questo studio è stato studiato l'attacco isotropo rapido e selettivo di SiNx su SiOy utilizzando un plasma remoto ClF3/H2 in un sistema al plasma accoppiato induttivamente. La velocità di attacco SiNx superiore a 80 nm/min con la selettività di attacco (SiNx su SiOy) di ~ 130 è stata osservata sotto un plasma remoto ClF3 a temperatura ambiente. Inoltre, l'aggiunta di H2 al ClF3 ha comportato un aumento della selettività dell'attacco oltre 200, riducendo al contempo la velocità di attacco sia dell'ossido che del nitruro a causa della riduzione dei radicali F nel plasma. Le caratteristiche di attacco dipendente dal tempo del plasma remoto ClF3, ClF3 e H2 hanno mostrato uno scarso effetto di carico durante l'attacco del nitruro di silicio su wafer stack di ossido/nitruro con una velocità di attacco simile a quella del wafer di nitruro vuoto.

Poiché le dimensioni del dispositivo a semiconduttore sono ridotte a scala sub-nanometrica e l'integrazione del dispositivo è passata da una struttura bidimensionale a una struttura tridimensionale, è necessaria una tecnologia di incisione più precisa e selettiva per la fabbricazione del dispositivo a semiconduttore1. Nei vari dispositivi a semiconduttore, il nitruro di silicio è stato ampiamente utilizzato come strato barriera per la diffusione del drogante, strato distanziatore della parete laterale del gate, strato tampone, ecc. grazie alle elevate caratteristiche isolanti, all'elevata stabilità termica e meccanica, ecc. e all'attacco selettivo di il nitruro di silicio su silicio e/o ossido di silicio è importante per varie applicazioni microelettroniche2.

Al giorno d'oggi, nella fabbricazione di memorie flash tridimensionali di tipo NOT-AND, il numero di stack di nitruro di silicio/ossido di silicio (SiNx/SiOy) sta aumentando e lo spessore dello strato ripetuto SiNx/SiOy sta diminuendo continuamente per una maggiore densità di memoria in verticale direzione. Pertanto, l'attacco degli strati SiNx in modo uniforme e ultraselettivo agli strati SiOy nello stack SiNx/SiOy sta diventando un processo più impegnativo. Fino ad ora, l'attacco selettivo del SiNx negli stack SiNx/SiOy veniva ottenuto mediante attacco a umido utilizzando un acido fosforico caldo (H3PO4)3,4,5,6. Nel caso dell'attacco a umido, tuttavia, la penetrazione di una soluzione di attacco nei fori diventa più difficile poiché lo spessore dello strato SiNx/SiOy diminuisce e gli strati SiOy rimanenti possono collassare a causa della tensione superficiale. Inoltre, è stato riscontrato che diversi additivi volti ad aumentare la selettività dell'attacco di SiNx/SiOy causano problemi di ricrescita dell'ossido dopo l'attacco a meno che le condizioni del processo non siano attentamente controllate5. Per risolvere questi problemi, è necessario sviluppare un processo a secco per l'attacco isotropo e selettivo di SiNx come tecnologia alternativa per la fabbricazione di memorie flash tridimensionali di tipo NOT-AND.

Sono stati riportati vari studi per l'attacco selettivo di SiNx su SiOy utilizzando processi di attacco a secco. Ad esempio, è stato segnalato un attacco ultraselettivo di SiNx su SiOy utilizzando gas a base di CF4 (CF4/O2/N2, CF4/CH4/Ar) con un incisore chimico a microonde a valle e un incisore al plasma accoppiato induttivamente (ICP)7,8 ,9. Inoltre, i gas a base di NF3 (NF3/O2/NH3, NF3/O2/N2) sono stati utilizzati anche per l'attacco ultraselettivo del nitruro di silicio sull'ossido di silicio con incisori a valle basati su ICP o plasma accoppiato capacitivamente (CCP)9, 10,11,12,13. Tuttavia, la selettività dell'attacco del nitruro sull'ossido deve ancora essere aumentata ulteriormente per l'applicazione dell'attuale processo dei semiconduttori a causa dello spessore sottile dell'ossido. Inoltre, l'uso di gas aggressivi fluorocarburici (CFx) presenta problemi di contaminazione da carbonio o deposizione di polimeri CFx (CHx) sulla superficie della pellicola e questo è un fattore dannoso per la fabbricazione di un dispositivo. Anche se questi limiti per gli aspetti ingegneristici sono esclusi, gli elevati potenziali di riscaldamento globale (GWP) dei gas etch basati su CF4 e NF3 [valori GWP; CF4 (7.390), NF3 (17.200)] suscitano la necessità di gas etch alternativi per gli aspetti ambientali nel prossimo futuro14.